CN100445247C - 1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的低温生产 - Google Patents

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Abstract

一种由1,1,1,3,3-五氯丙烷(HCC-240fa)和氟化氢反应生产1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的工艺,在路易斯酸催化剂或者路易斯酸催化剂混合物存在下,在反应温度低于150℃下,所述反应物液相反应,并连续移出反应中形成的氯化氢和HCFC-1233zd并分离HCFC-12333zd。

Description

1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的低温生产
技术领域
本发明涉及1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的生产,该产品的收率高于75%,且所采用的温度较通常采用的低。
背景技术
1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)是用于生产1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)的一种原料。然而,其还具有其它用途,例如作为生产聚合物的单体。它还可以用作生产其它氟化物的结构嵌段原料。如在WO 97/24307中所公开的,从HCFC-12333zd生产HFC-245fa是一个两步工艺。在该两步工艺中,1,1,1-3,3-五氯丙烷(HCC-240fa)首先在气相中与氟化氢反应生成1233zd,所得到的产物除去生成的HCl之后,接着在第二步中与氟化氢反应产生HFC-245fa。这种气相反应通常在180℃或更高温度下进行,优选更高的温度。在美国专利US6362383中公开的另一工艺中,教导了在约120℃生产HFC-245fa的改进工艺,通过首先在氢氟化催化剂存在下的HCC-240fa与氟化氢的液相反应以生产HCFC-1233zd和其它反应产物,且在第二步中,将在第一步中得到的HCFC-1233zd在第二氢氟化催化剂存在下与氟化氢进行液相反应以获得HFC-245fa,其中至少在一个或两个步骤中向反应介质中连续引入氯化氢。在本专利的实施例1中,反应的第一步,在引入氯化氢的情况下,2.5小时后产生的HCFC-1233zd仅为反应产物的3.3%,22小时后为反应产物的1.55%。在本专利的第二实施例中,当不连续向反应介质中加入氯化氢时,在第一步骤中HCFC-1233zd在2.5小时后的产量为64.6%,22小时后为11.9%。上述现有技术教导向反应混合物中引入氯化氢能够最小化HCFC-1233zd的形成。
从HCFC-1233zd的其它重要市场考虑,需要以尽可能高的收率生产HCFC-1233zd,并且收率要高于美国专利US6362383中所示出的。此外,还需要能够在150℃或更低的温度下生产出高收率的HCFC-1233zd,优选更低温度,以避免需要高压和昂贵的设备。此外,非常需要能够提高HCFC-1233zd收率的工艺,以避免大量的副产品。
发明概要
本发明提供一种工艺,间歇或连续的以高收率由HCC-240fa生产HCFC-1233zd,即反应产物的收率高于约75%,优选高于约80%,和更优选高于约90%,通过可在150℃或更低温度的液相反应工艺进行。自HCC-240fa与无水氟化氢的反应获得HCFC-1233zd,如果反应物在低于150℃且路易斯酸催化剂或者路易斯酸催化剂混合物的存在下进行反应,并且只要是反应中生成的氯化氢和HCFC-1233zd在形成后连续取出,并分离出HCFC-1233zd,则收率可达到高于约75%,优选高于约80%,和更优选高于约90%。
本发明和优选实施方案的详述
根据本发明,当HCC-240fa与基本上无水的氟化氢在液相反应时,如果反应物在低于150℃且路易斯酸催化剂或者路易斯酸催化剂混合物的存在下进行反应,并且只要将反应中生成的氯化氢和HCFC-1233zd在形成后连续取出,则HCFC-1233zd的收率高于反应产物的约75%。这种在150℃或更低温度的液相反应能够生产HCFC-1233zd至少占反应产物的约75%,优选至少约80%,更优选至少约90%的反应产物。
HCC-240fa与基本上无水的氟化氢进行液相反应生成高比例HCFC-1233zd反应产物的反应温度为150℃或更低,优选温度为约40℃-约130℃,更优选的温度为约50℃-约120℃。
上述反应通常可在约50-约600psig(约3.515-约42.18kg/cm2)的压力下进行,优选约80-约500psig(约5.62-约35.15kg/cm2),更优选的压力约为100-约400psig(约7.03-约28.12kg/cm2),和进一步优选约为或不高于约200psig(约14.06kg/cm2)。
反应物HCC-240fa与氟化氢的摩尔比通常约为3∶1-约30∶1,优选为约4∶1-约25∶1,更优选约为5∶1-约20∶1。在间歇工艺中,摩尔比是相对于最初使用量而言的,和在连续工艺中,摩尔比相对于反应介质是恒定的。
在反应中采用的催化剂是路易斯酸催化剂或者路易斯酸催化剂混合物。任何适宜的路易斯酸或其混合物都可用作该反应的催化剂。该适宜的路易斯酸包括但不限于,过渡金属卤化物和IIIb、IVb以及Vb族金属卤化物。优选钛、锡和铁卤化物及其混合物,特别是四氯化钛,四氯化锡和氯化铁及其混合物。在此提及了可作为适宜的路易斯酸催化剂的其他实例,例如SbCl5、SbCl3、TaCl5、NbCl5、MoCl5等等。任何适宜的催化剂量的路易斯酸或其混合物都可在本反应中采用。
“基本上无水氟化氢”意指通常含有约少于0.05%重量水的氟化氢,更优选的是含水约少于0.02%重量,这是因为水将与催化剂反应并使得催化剂失活。适用于本反应的基本上无水氟化氢可从Honeywell或Air Products获得。
反应可以间歇或者连续反应和有溶剂或无溶剂条件下进行。在任一情况下,形成的HCFC-1233zd和氟化氢都要连续地从间歇或者连续的反应物中以任何适宜的方式移出。适宜的溶剂是能够溶解起始物质HCC-240fa且沸点高于产物HCFC-1233zd的有机化合物。此外,这种溶剂在反应过程中基本上不被HF氟化。适宜的溶剂的实例包括但不限于,环丁砜、全氟链烷烃和链烯烃、氟氢碳化物(HFCs)和氢氟碳化物(HCFCs)。所使用的溶剂的量,以反应混合物的总重量计,通常约为10%-约80%,优选约为20%-约60%。
HCFC-1233zd和HCl通常一形成就从反应混合物中以适宜的方式移出,例如,通过蒸馏塔和/或与出口相连的水冷式冷凝器,如在反应容器上的压力控制阀。在从反应混合物中移出HCFC-1233zd时,HCFC-1233zd被分离并且从汽相中任何未充分反应(under-reacted)的中间体中移出,并且将汽相中未充分反应的中间体循环回反应器中并在其中与HF进一步反应生产额外的HCFC-1233zd。
本发明通过以下实施例,但不限于此,进行说明。
具体实施方式
实施例1
在室温下,向空的4L反应器中加入90gTiCl4,746g无水HF和1437g1,1,1,3,3-五氯丙烷。反应器出口连接一个水冷式冷凝器,以将任何冷凝的未反应的HF和未反应的240fa以及中间体返回到反应器。在冷凝器的蒸汽出口安装压力控制阀。密封反应系统,在搅拌下70分钟内逐步升温到120℃。反应产物1233zd和HCl通过压力控制阀连续移出以保持最高压力为360psig,并通过KOH/水稀释液净化并收集。GC分析净化蒸气,82%面积的1-氯-3,3,3-三氟丙烯和18%的HFC-245fa及未充分反应中间体。循环使用汽相中和反应器中的未充分反应中间体,使得HCFC-1233zd的总收率大于90%。
实施例2
向一个装有蒸馏塔、水冷式冷凝器和压力控制阀的38升的反应器中加入23.6kg(109克摩尔)1,1,1,3,3-五氯丙烷、1.2kgTiCl4和18.2kg无水HF。在搅拌下加热反应器至90℃,同时冷凝水流向冷凝器且压力控制阀优选调整到将1-氯-3,3,3-三氟丙烯和HCl从系统中移出。反应器压力控制在200psig。从反应器连续取出产品,并通过30℃、10%的KOH溶液净化,然后在冷阱中收集。共收集到10.1kg产品,其中包含79.7%重量的1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
实施例3
向实施例2的反应系统中的反应器中加入1.2kg的TiCl4和0.76kg的HF。将反应器升温升压至90℃、200psig。然后1kg/小时的速率连续向反应器中加入1,1,1,3,3-五氯丙烷和0.3kg/小时的速率连续向反应器中加入HF。反应器内的冷凝器冷却水调至恒定的水平。产品1233zd和HCl连续从反应器中移出并通过30℃、10%的KOH溶液净化,然后收集。收集的物质中含有85%重量的1-氯-3,3,3-三氟丙烯。收集物质的15%余量含有未充分反应中间体,和该余量回收至反应器再反应,这将HCFC-1233zd的总收率提高到90%。
虽然本发明已通过参考上述具体的实施例进行描述,应该理解所能进行的没有偏离本发明的精神和发明概念范围的改变、修改和变化都在此公开。相应地,其包含所有的落入所附权利要求书的精神和范围之内改变、修改和变化。

Claims (9)

1.一种由反应物1,1,1,3,3-五氯丙烷(HCC-240fa)和基本无水氟化氢生产1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的工艺,该工艺包括在反应温度低于150℃,并在路易斯酸催化剂或路易斯酸催化剂混合物存在下,所述反应物在反应器中进行液相反应,形成包含氯化氢和HCFC-1233zd的反应混合物,并连续移出反应器中形成的氯化氢和HCFC-1233zd并分离HCFC-1233zd,其中HCFC-1233zd以反应混合物的至少75%的产率生产。
2.一种根据权利要求1的工艺,其中将与HCFC-1233zd一起从反应器中移出的未充分反应中间体循环回到反应器并进一步反应生产额外的HCFC-1233zd。
3.一种根据权利要求1的工艺,其中所述的催化剂选自过渡金属卤化物和IIIb、IVb以及Vb族金属卤化物及其混合物。
4.一种根据权利要求1的工艺,其中所述的催化剂选自四氯化钛、四氯化锡和氯化铁及其混合物。
5.一种根据权利要求1的工艺,其中所述的反应在不超过14.06kg/cm2的压力下进行。
6.一种根据权利要求5的工艺,其中将与HCFC-1233zd一起从反应器中移出的未充分反应中间体循环回到反应器并进一步反应生产额外的HCFC-1233zd。
7.一种根据权利要求1的工艺,其中HCFC-1233zd以反应混合物的至少80%的产率生产。
8.一种根据权利要求1的工艺,其中HCFC-1233zd以反应混合物的至少90%的产率生产。
9.一种根据权利要求1的工艺,包括从存在于反应混合物中的任何未充分氟化的中间体分离HCFC-1233zd。
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